火力發(fā)電詳細介紹

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作者來源:李清 ????? 發(fā)布時間： 2018-05-28 17:07

導讀：火力發(fā)電利用可燃物在燃燒時產生的熱能，通過發(fā)電動力裝置轉換成電能的一種發(fā)電方式。中國的煤炭資源豐富，1990年產煤10.9億噸，其中發(fā)電用煤僅占12%?；鹆Πl(fā)電仍有巨大潛力。

火力發(fā)電（thermal power，thermoelectricity power generation），利用可燃物在燃燒時產生的熱能，通過發(fā)電動力裝置轉換成電能的-種發(fā)電方式。中-的煤炭資源豐富，1990年產煤10.9億噸，其中發(fā)電用煤僅占12%。火力發(fā)電仍有巨-潛力。

由于地球上化石燃料的短缺，人類正盡力開發(fā)核能發(fā)電、核聚變發(fā)電以及-效率的太陽能發(fā)電等，以求-終解決人類社會面臨的能源問題。-早的火力發(fā)電是1875年在巴黎北火車站的火電廠實現(xiàn)的。隨著發(fā)電機、汽輪機制造技術的完善，輸變電技術的改進，特別是電力系統(tǒng)的出現(xiàn)以及社會電氣化對電能的需求，20世紀30年代以后，火力發(fā)電進入-發(fā)展的時期?；鹆Πl(fā)電機組的容量由200兆瓦-提-到300～600兆瓦-（50年代中期），到1973年，--的火電機組達1300兆瓦。-機組、-電廠使火力發(fā)電的熱效率-為提-，每千瓦的建設投資和發(fā)電成本也不斷降低。到80年代后期，---火電廠是日本的鹿兒島火電廠，容量為4400兆瓦。但機組過-又帶來可靠性、可用率的降低，因而到90年代初，火力發(fā)電單機容量穩(wěn)-在300～700兆瓦。，其所占中-總裝機容量約在70%以上。火力發(fā)電所使用的煤，占工業(yè)用煤的50%以上。目前我-發(fā)電供熱用煤占全-煤炭生產總量的50%左右。-約全-90%的二氧化硫排放由煤電產生，80%的二氧化碳排放量由煤電排放。

火力發(fā)電按其作用分單純供電的和既發(fā)電又供熱的。按原動機分汽輪機發(fā)電、燃氣輪機發(fā)電、柴油機發(fā)電。按所用燃料分，主要有燃煤發(fā)電、燃油發(fā)電、燃氣發(fā)電。為提--經(jīng)濟效益，火力發(fā)電應盡量靠近燃料基地進行。在-城市和工業(yè)區(qū)則應實施熱電聯(lián)供。

火力發(fā)電詳細介紹

火力發(fā)電是我-主要的發(fā)電方式，電站鍋爐作為火力電站的三-主機設備之-，伴隨著我-火電行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。

當環(huán)保節(jié)能成為中-電力工業(yè)結構調整的重要方向時，火電行業(yè)在“上-壓小”的政策導向下積-推進產業(yè)結構-化升-，關閉-批能效低、污染重的小火電機組，在很-程度上加快了-內火電設備的-新?lián)Q代。

至2010年底，單機容量30萬千瓦及以上火電機組占全部火電機組容量的60%以上。火電行業(yè)的“上-壓小”也推動了電站鍋爐向-參數(shù)、-容量方向發(fā)展。此外，循環(huán)流化床、IGCC等清潔煤技術逐漸成熟，應用也日益-，從而推動了CFB鍋爐與IGCC氣化爐的發(fā)展。

2014年1月-2015年3月，我-火電項目數(shù)量出現(xiàn)猛增。近期，中電聯(lián)發(fā)布《2015年-季度全-電力供需形勢分析預測報告》指出，2015年9月底火電發(fā)電量持續(xù)負增長、設備利用小時同比降幅擴-。-邊是火電發(fā)電量持續(xù)負增長、設備利用小時同比-幅下降，-邊是各地新批火電項目眾多，2015年火電的-發(fā)式增長值得仔細回,簡單的說就是利用燃料發(fā)熱，加熱水，形成-溫-壓過熱蒸汽，推動氣輪機旋轉，帶動發(fā)電機轉子（電磁場）旋轉，-子線圈切割磁力線，發(fā)出電能，再利用升壓變壓器，升到系統(tǒng)電壓，與系統(tǒng)并網(wǎng)，向外輸送電能。

然后蒸汽沿管道進入汽輪機中不斷膨脹做功，沖擊汽輪機轉子-速旋轉，汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。-后又被給水泵進-步升壓送回鍋爐中重復參加上述循環(huán)過程，發(fā)電機發(fā)出的電經(jīng)變壓器升壓后輸入電網(wǎng)?；鹆Πl(fā)電中存在著三種型式的能量轉換過程：

利用可燃物等所含能量發(fā)電的方式統(tǒng)稱為火力發(fā)電。按發(fā)電方式，火力發(fā)電分為燃煤汽輪機發(fā)電、燃油汽輪機發(fā)電、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和內燃機發(fā)電。
火電仍占-電力的-部分市場，只有火電技術必須不斷提-發(fā)展，才能適應和諧社會的要求。

“十五”期間中-火電建設項目發(fā)展迅猛。2001年至2005年8月，經(jīng)-家環(huán)?？偩謱徟幕痣婍椖窟_472個，裝機容量達344382MW，其中2004年審批項目135個，裝機容量107590MW，比上年增長207%；2005年1至8月份，審批項目213個，裝機容量168546MW，同比增長420%。如果這些火電項目全部投產，屆時中-火電裝機容量將達5.82億千瓦，比2000年增長145%。

2006年12月，全-火電發(fā)電量繼續(xù)保持快速增長，但增速有所回落。當月全-共完成火電發(fā)電量2266億千瓦時，同比增長15.5%，增速同比回落1個百分-，環(huán)比回落3.3個百分-；隨著冬季取暖用電的增長，火電發(fā)電量環(huán)比增長較快，12月份與上月相比火電發(fā)電量增加223億千瓦時，環(huán)比增長10.9%。2006年1-12月，全-火電發(fā)電量為230,087,958.32萬千瓦小時，同比增長15.8%，增速-于2005年同期3.3個百分-。

2007年1-10月，全-火電發(fā)電量為217,564,783.55萬千瓦小時，比上年同期增長了16.04%。8月份的火電發(fā)電量--，為23,904,609.94萬千瓦小時，同比增長了10.19%。

2015年1-6月份，全-規(guī)模以上電廠發(fā)電量27091億千瓦時，同比增長0.6%。其中，火力發(fā)電20879億千瓦時，占上半年發(fā)電量總比重77.07%。

隨著中-電力供應的逐步寬松以及-家對節(jié)能降耗的重視，中-開始加-力度調整火力發(fā)電行業(yè)的結構。“十-五”期間將加-“關小”步伐，到“十-五”末期，要關掉4000萬千瓦小火電，使電力工業(yè)結構發(fā)生-個較-的變化。“十-五”期間的火電電源建設，將體現(xiàn)資源-化配置，西電東送，合理布局，東部與中西部地區(qū)協(xié)調發(fā)展。“十-五”期間，火電行業(yè)整體效益將有--的下降趨勢。對于企業(yè)來說，效益還將出現(xiàn)兩-分化的趨勢。

煙氣污染

煤炭直接燃燒排放的

等酸性氣體不斷增長，使中-很多地區(qū)酸雨量增加。全-每年產生140萬噸

。

粉塵污染

對電站附近環(huán)境造成粉煤灰污染，對人們的生活及植物的生長造成不良影響。全-每年產生1500萬噸煙塵。

資源消耗

發(fā)電的汽輪機通常選用水作為冷卻介質，-座1000MW火力發(fā)電廠每日的耗水量約為十萬噸。全-每年消耗5000萬噸標準煤。

火力發(fā)電污染嚴重，電力工業(yè)已經(jīng)成為中---的污染排放產業(yè)之-。

改進

利用壓力轉換技術提-發(fā)電效率；對煙塵采用脫硫除塵處理或改燒天然氣；氣輪機改用空氣冷卻，儲電設備對穩(wěn)-電壓的消耗減小到-致；此外，產生的沸水能量利用率應在現(xiàn)有基礎上--提-，不僅僅局限于循環(huán)利用水資源和供暖，應考慮與熱能源轉化站進行合作。

按其作用分，有單純供電的和既發(fā)電又供熱的（熱電聯(lián)產的熱電廠）兩類。按原動機分，主要有汽輪機發(fā)電、燃氣輪機發(fā)電、柴油機發(fā)電（其他內燃機發(fā)電容量很?。?。按所用燃料分，主要有燃煤發(fā)電、燃油發(fā)電、燃氣（天然氣）發(fā)電、垃圾發(fā)電（見垃圾電站）、沼氣發(fā)電（見沼氣電站）以及利用工業(yè)鍋爐余熱發(fā)電等。為了提-經(jīng)濟效益，降低發(fā)電成本，保護-城市和工業(yè)區(qū)的環(huán)境，火力發(fā)電應盡量在靠近燃料基地的地方進行，利用-壓輸電或--壓輸電線路把強-電能輸往負荷-。熱電聯(lián)產方式則應在-城市和工業(yè)區(qū)實施。

原理

火力發(fā)電-般是指利用可燃物燃燒時產生的熱能來加熱水，使水變成-溫、-壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發(fā)電機來發(fā)電的方式的總稱。以可燃物作為燃料的發(fā)電廠統(tǒng)稱為火電廠 [2] 。

火力發(fā)電廠主要設備系統(tǒng)包括：燃料供給系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及其他-些輔助處理設備。

多數(shù)火電廠采用煤炭作為-次能源，利用皮帶傳送技術，向鍋爐輸送經(jīng)處理過的煤粉，煤粉燃燒加熱鍋爐使鍋爐中的水變?yōu)樗羝?，?jīng)-次加熱之后，水蒸汽進入-壓缸。為了提-熱效率，應對水蒸汽進行二次加熱，水蒸汽進入中壓缸。通過利用中壓缸的蒸汽去推動汽輪發(fā)電機發(fā)電。從中壓缸引出進入對稱的低壓缸。已經(jīng)作過功的蒸汽-部分從中間段抽出供給煉油、化肥等兄弟企業(yè)，其余部分流經(jīng)凝汽器水冷，成為40度左右的飽和水作為再利用水。40度左右的飽和水經(jīng)過凝結水泵，經(jīng)過低壓加熱器到除氧器中，此時為160度左右的飽和水，經(jīng)過除氧器除氧，利用給水泵送入-壓加熱器中，其中-壓加熱器利用再加熱蒸汽作為加熱燃料，-后流入鍋爐進行再次利用。以上就是-次生產流程。

流程

火力發(fā)電的流程依所用原動機而異。在汽輪機發(fā)電方式中，其基本流程是-將燃料送進鍋爐，同時送入空氣，鍋爐注入經(jīng)過化學處理的給水，利用燃料燃燒放出的熱能使水變成-溫、-壓蒸汽，驅動汽輪機旋轉作功而帶動發(fā)電機發(fā)電。熱電聯(lián)產方式則是在利用原動機的排汽（或專門的抽汽）向工業(yè)生產或居民生活供熱。在燃氣輪機發(fā)電方式中，基本流程是用壓氣機將壓縮過的空氣壓入燃燒室，與噴入的燃料混合霧化后進行燃燒，形成-溫燃氣進入燃氣輪機膨脹作功，推動輪機的葉片旋轉并帶動發(fā)電機發(fā)電。在柴油機發(fā)電中，基本流程是用噴油泵和噴油器將燃油-壓噴入汽缸，形成霧狀，與空氣混合燃燒，推動柴油機旋轉并帶動發(fā)電機發(fā)電。

效率

在火力發(fā)電方面，燃氣輪機和蒸汽輪機發(fā)電廠目前已經(jīng)實現(xiàn)了迄今--的能源效率 - -過60%。由于啟動時間非常短，這類電廠-適宜于補充風力發(fā)電帶來的自然電力波動。而通過熱電聯(lián)產電廠可以達到--的能源效率 - -過90% 。

火力發(fā)電

根據(jù)火力發(fā)電的生產流程，其基本組成包括燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)(燃氣輪機發(fā)電和柴油機發(fā)電無此系統(tǒng)，但這二者在火力發(fā)電中所占比重都不-)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

燃燒系統(tǒng)

主要由鍋爐的燃燒室（即爐膛）、送風裝置，送煤（或油、天然氣）裝置、灰渣排放裝置等組成。主要功能是完成燃料的燃燒過程，將燃料所含能量以熱能形式釋放出來，用于加熱鍋爐里的水。主要流程有煙氣流程、通風流程、排灰出渣流程等。對燃燒系統(tǒng)的基本要求是：盡量做到-燃燒，使鍋爐效率≥90%；排灰符合標準-。

汽水系統(tǒng)

主要由給水泵、循環(huán)泵、給水加熱器、凝汽器、除氧器、水冷壁及管道系統(tǒng)等組成。其功能是利用燃料的燃燒使水變成-溫-壓蒸汽，并使水進行循環(huán)。主要流程有汽水流程、補給水流程、冷卻水流程等。對汽水系統(tǒng)的基本要求是汽水損失盡量少；盡可能利用抽汽加熱凝結水，提-給水溫度。

電氣系統(tǒng)

主要由電廠主接線、汽輪發(fā)電機、主變壓器、配電設備、開關設備、發(fā)電機引出線、廠用結線、廠用變壓器和電抗器、廠用電動機、保安電源、蓄電池直流系統(tǒng)及通信設備、照明設備等組成?；竟δ苁?按電能-要求向負荷或電力系統(tǒng)供電。主要流程包括供電用流程、廠用電流程。對電氣系統(tǒng)的基本要求是供電安全、可靠；調度靈活；具有良好的調整和操作功能，-供電-；能迅速切除故障，避免事故擴-。

控制系統(tǒng)

主要由鍋爐及其輔機系統(tǒng)、汽輪機及其輔機系統(tǒng)、發(fā)電機及電工設備、附屬系統(tǒng)組成?；竟δ苁菍痣姀S各生產環(huán)節(jié)實行自動化的調節(jié)、控制，以協(xié)調各部分的工況，使整個火電廠安全、合理、經(jīng)濟運行，降低勞動強度，提-生產率，遇有故障時能迅速、正確處理，以避免釀成事故。主要工作流程包括汽輪機的自起停、自動升速控制流程、鍋爐的燃燒控制流程、滅火保護系統(tǒng)控制流程、熱工測控流程、自動切除電氣故障流程、排灰除渣自動化流程等。

火力發(fā)電

電力是-民經(jīng)濟發(fā)展的重要能源，火力發(fā)電是中-和-上許多-家生產電能的主要方法。然后蒸汽沿管道進入汽輪機膨脹做功，帶動發(fā)電機-起-速旋轉，從而發(fā)出電來。-后又被給水泵送回鍋爐中重復參加上述循環(huán)過程。顯然，在這種火力發(fā)電廠中存在著三種型式的能量轉換過程：

電站鍋爐

發(fā)電用鍋爐稱為電站鍋爐。電站鍋爐與其它工廠用的工業(yè)鍋爐相比有如下明顯特-：①電站鍋爐容量-；②電站鍋爐的蒸汽參數(shù)-；③電站鍋爐自動化程度-，其各項操作基本實現(xiàn)了機械化和自動化，適應負荷變化的能力很強，多達90以上，工業(yè)鍋爐的熱效率多在60～80之間。

電站用煤

火力發(fā)電廠燃用的煤通常稱為動力煤，其分類方法主要是依據(jù)煤的干燥無灰基揮發(fā)分進行分類。

煤粉制備

煤粉爐燃燒用的煤粉是由磨煤機將煤炭磨成的不規(guī)則的細小煤炭顆粒，其顆粒平均在0.05~0.01mm，其中20~50μm（微米）以下的顆粒占--多數(shù)。由于煤粉顆粒很小，表面很-，故能吸附-量的空氣，且具有-般固體所未有的性質——流動性。煤粉的粒度越小，含濕量越小，其流動性也越好，但煤粉的顆粒過于細小或過于干燥，則會產生煤粉自流現(xiàn)象，使給煤機工作-不穩(wěn)，給鍋爐運行的調整操作造成困難。另外煤粉與氧氣接觸而氧化，在--條件下可能發(fā)生煤粉自燃。在制粉系統(tǒng)中，煤粉是由氣體來輸送的，氣體和煤粉的混合物-遇到火花就會使火源擴-而產生較-壓力，從而造成煤粉的-炸。

鍋爐燃用的煤粉細度應由以下條件確-：燃燒方面希望煤粉磨得細些，這樣可以適當減少送風量，使

損失降低；從制粉系統(tǒng)方面希望煤粉磨得粗些，從而降低磨煤電耗和金屬消耗。所以在選擇煤粉細度時，應使上述各項損失之和-小。總損失蟬聯(lián)小的煤粉細度稱為“經(jīng)濟細度”。由此可見，對揮發(fā)分較-且易燃的煤種，或對于磨制煤粉顆粒比較均勻的制粉設備，以及某些強化燃燒的鍋爐，煤粉細度可適當-些，以節(jié)省磨煤能耗。由于各種煤的軟硬程度不同，其抗磨能力也不同，因此每種煤的經(jīng)濟細度也不同。

煤粉燃燒

由煤粉制備系統(tǒng)制成的煤粉經(jīng)煤粉燃燒器進入爐內。燃燒器是煤粉爐的主要燃燒設備。燃燒器的作用有三：-是-煤粉氣流噴入爐膛后迅速著火；二是使-、二次風能夠強烈混合以-煤粉充分燃燒；三是讓火焰充滿爐膛而減少死滯區(qū)。煤粉氣流經(jīng)燃燒器進入爐膛后，便開始了煤的燃燒過程。燃燒過程的三個階段與其它爐型-體相同。所不同的是，這種爐型燃燒前的準備階段和燃燒階段時間很短，而燃盡階段時間相對很長。

發(fā)電用煤

電廠煤粉爐對煤種的適用范圍較廣，它既可以設計成燃用-揮發(fā)分的褐煤，也可設計成燃用低揮發(fā)分的無煙煤。但對-臺已安裝使用的鍋爐來講，不可能燃用各種揮發(fā)分的煤炭，因為它受到噴燃器型式和爐膛結構的限制。發(fā)電用煤-指標有：

①揮發(fā)分。是判明煤炭著火-的-要指標。揮發(fā)分含量越-，著火越容易。根據(jù)鍋爐設計要求，供煤揮發(fā)分的值變化不宜太-，否則會影響鍋爐的正常運行。如原設計燃用低揮發(fā)分的煤而改燒-揮發(fā)分的煤后，因火焰-逼近噴燃器出口，可能因燒壞噴燃器而停爐；若原設計燃用-揮發(fā)分的煤種而改燒低揮發(fā)分的煤，則會因著火過遲使燃燒不-，甚至造成熄火事故。因此供煤時要盡量按原設計的揮發(fā)分煤種或相近的煤種供應。②灰分?；曳趾繒够鹧?zhèn)鞑ニ俣认陆?，著火時間推遲，燃燒不穩(wěn)-，爐溫下降。③水分。水分是燃燒過程中的有害物質之-，它在燃燒過程中吸收-量的熱，對燃燒的影響比灰分-得多。④發(fā)熱量。為的發(fā)熱量是鍋爐設計的-個重要依據(jù)。由于電廠煤粉對煤種適應性較強，因此只要煤的發(fā)熱量與鍋爐設計要求-體相符即可。⑤灰熔-。由于煤粉爐爐膛火焰-溫度多在1500℃以上，在這樣-溫下，煤灰-多呈軟化或流體狀態(tài)。⑥煤的硫分。硫是煤中有害雜質，雖對燃燒本身沒有影響，但它的含量太-，對設備的腐蝕和環(huán)境的污染都相當嚴重。因此，電廠燃用煤的硫分不能太-，-般要求--不能-過2.5。

生產過程

火力發(fā)電廠的主要生產系統(tǒng)包括汽水系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，現(xiàn)分述如下：

汽水系統(tǒng)

火力發(fā)電廠的汽水系統(tǒng)是由鍋爐、汽輪機、凝汽器、-低壓加熱器、凝結水泵和給水泵等組成，他包括汽水循環(huán)、化學水處理和冷卻系統(tǒng)等。

水在鍋爐中被加熱成蒸汽，經(jīng)過熱器進-步加熱后變成過熱的蒸汽，再通過主蒸汽管道進入汽輪機。由于蒸汽不斷膨脹，-速流動的蒸汽推動汽輪機的葉片轉動從而帶動發(fā)電機。

為了進-步提-其熱效率，-般都從汽輪機的某些中間-后抽出作過功的部分蒸汽，用以加熱給水。在現(xiàn)代-型汽輪機組中都采用這種給水回熱循環(huán)。此外，在--壓機組中還采用再熱循環(huán)，既把作過-段功的蒸汽從汽輪機的-壓缸的出口將作過功的蒸汽全部抽出，送到鍋爐的再熱器中加熱后再引入氣輪機的中壓缸繼續(xù)膨脹作功，從中壓缸送出的蒸汽，再送入低壓缸繼續(xù)作功。在蒸汽不斷作功的過程中，蒸汽壓力和溫度不斷降低，-后排入凝汽器并被冷卻水冷卻，凝結成水。凝結水集中在凝汽器下部由凝結水泵打至低壓加熱再經(jīng)過除氧器除氧，給水泵將預加熱除氧后的水送至-壓加熱器，經(jīng)過加熱后的熱水打入鍋爐，再過熱器中把水已經(jīng)加熱到過熱的蒸汽，送至汽輪機作功，這樣周而復始不斷的作功。

在汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結水，由于疏通管道很多并且還要經(jīng)過許多的閥門設備，這樣就難免產生跑、冒、滴、漏等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會或多或少地造成水的損失，因此我們必須不斷的向系統(tǒng)中補充經(jīng)過化學處理過的軟化水，這些補給水-般都補入除氧器中。

燃燒系統(tǒng)

燃燒系統(tǒng)是由輸煤、磨煤、粗細分離、排粉、給粉、鍋爐、除塵、脫硫等組成。是由皮帶輸送機從煤場，通過電磁鐵、碎煤機然后送到煤倉間的煤斗內，再經(jīng)過給煤機進入磨煤機進行磨粉，磨好的煤粉通過空氣預熱器來的熱風，將煤粉打至粗細分離器，粗細分離器將合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤機），經(jīng)過排粉機送至粉倉，給粉機將煤粉打入噴燃器送到鍋爐進行燃燒。而煙氣經(jīng)過電除塵脫出粉塵再將煙氣送至脫硫裝置，通過石漿噴淋脫出流的氣體經(jīng)過吸風機送到煙筒排入天空。

發(fā)電系統(tǒng)

發(fā)電系統(tǒng)是由副勵磁機、勵磁盤、主勵磁機（備用勵磁機）、發(fā)電機、變壓器、-壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成。發(fā)電是由副勵磁機（永磁機）發(fā)出-頻電流，副勵磁機發(fā)出的電流經(jīng)過勵磁盤整流，再送到主勵磁機，主勵磁機發(fā)出電后經(jīng)過調壓器以及滅磁開關經(jīng)過碳刷送到發(fā)電機轉子，當發(fā)電機轉子通過旋轉其-子線圈便感應出電流，強-的電流通過發(fā)電機出線分兩路，-路送至廠用電變壓器，另-路則送到SF6-壓斷路器，由SF6-壓斷路器送至電網(wǎng)。

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